Architettura dell’albero

Coordinatore: Prof. Eddo Rugini – UNITUS, VITERBO

Obiettivi

Gli obiettivi dell’attività includono:

  • individuare e comprendere i processi di crescita della pianta ed i network fisiologici che ne regolano l’architettura e lo sviluppo;
  • descrivere l’interazione tra i diversi organi che controllano la vigoria e la ramificazione della chioma e dell’apparato radicale;
  • comprendere la regolazione dello sviluppo dell’albero in relazione con quello degli alberi circostanti in funzione della densità di impianto e della forma di allevamento.

Attività previste

6.1. Analisi dello sviluppo e crescita dell’albero (UNITUS-DiProv, ENEA, CNR-IGVPG)
Lo sviluppo e la crescita della pianta verranno analizzate dal punto di vista morfologico e fisiologico al fine di individuare i flussi dello sviluppo tra i diversi organi della pianta in connessione con l’attività fotosintetica e di flusso ed allocazione degli assimilati. In particolare, sarà considerato l’equilibrio che si determinerà tra la parte aerea della pianta e quella sotterranea. L’apparato radicale sarà analizzato in dettaglio nella composizione volumetrica e morfologica per individuare modelli e fattori che ne influenzano la crescita, sia in piante autoradicate che innestate con portinnesti capaci di indurre una diversa vigoria.
Un’ampia ed accurata analisi di trascrittomica high throughput interesserà la foglia, l’apice vegetativo, l’internodo, le gemme laterali, l’apice radicale e il tessuto di radice assorbente, da piante poste in cenosi coltivate e cenosi simulate a varie densità, per la comprensione della regolazione dei target biologici indicati, determinanti comportamenti agronomici.
La caratterizzazione estesa dei profili di espressione genica sarà sviluppata con le piattaforme microarray CombiMatrix (Modulo 2- Genomica funzionale). Le stesse piattaforme saranno riutilizzate per più esperimenti di espressione genica al fine di condurre studi comparativi.
Le variazioni di risposta trascrizionale saranno anche studiate per evidenziare risposte quantitative, legate al livello di accumulo dei trascritti, ed al livello di accumulo di specifici regolatori di crescita e metaboliti, con la conseguente possibilità di delineare un quadro dettagliato dei diversi livelli di regolazione agli adattamenti dello sviluppo della pianta in risposta agli stimoli determinati dalle operazioni agronomiche e colturali ed a quelli determinati dai fattori ambientali. Saranno, inoltre, condotti profili di espressione del proteoma per evidenziare diversità di accumulo e modifiche post-traduzionali dell’insieme del proteoma o di singole proteine (in collaborazione con ENEA e CRA-GPG).
La valutazione dell’interazione dei pathway che attivano e regolano le risposte nella pianta  permetterà di individuare gli elementi ed i complessi di coordinamento (hub) e di regolazione della cellula e degli organi della pianta stessa. A tal fine occorre considerare che nella pianta arborea esiste un “core di regolazione” che controlla il cambiamento di fase, l’induzione fiorale e l’adattamento al riposo invernale (inwintering) e l’adattamento al freddo.
I modelli di espressione saranno validati mediante metodologie high throughput di PCR Real Time con geni identificati e annotati ed analisi della regolazione genica interattiva dei microRNA e dei relativi target, con costruzione di microarray specifici dedicati ai target biologici. Gli studi dell’espressione allelica contribuiranno a chiarire la diversità della regolazione dei trascritti tra organi diversi in genotipi differenti e a diverse condizioni dello sviluppo ed ambientali induttive. Per l’insieme dei target biologici oggetto di studio saranno individuati reference ottimali, da utilizzare durante le procedure di normalizzazione dei risultati. Gli studi saranno condotti in collaborazione con CNR-IGVPG, CRA-GPG e DCDSL.

6.2. Regolazione dello sviluppo in funzione della densità di impianto (UNITUS) 
Rilievi fenotipici dello sviluppo saranno effettuati per valutare la risposta e le forme di competizione tra le piante in cenosi. Particolare attenzione sarà posta alla riflessione e rifrazione della quantità e qualità della luce e all’ormone etilene, che recano segnali inerenti la competizione tra piante e modificano lo sviluppo e la regolazione degli organi. Nel caso di accentuata densità di impianto, come quelle previste per gli impianti fitti, i sistemi di controllo del competitore potrebbero essere accentuati e dipendere da una regolazione genica fine, dipendente dal genotipo. Pertanto la comprensione di tali meccanismi permetterà di individuare i genotipi adatti ai nuovi sistemi colturali.
Verranno sottoposte ad analisi varietà con caratteri contrastanti, quali: portamento dei rami (pendulo e assurgente), vigore (compatto e vigoroso), fruttificazione (precoce e tardivo).
Comunità di piante, come quelle costituite dagli impianti di coltivazione, e comunità in cenosi simulate a diverse densità, saranno studiate per comprendere la regolazione dello sviluppo dell’architettura della chioma e dell’apparato radicale della pianta. Saranno analizzati quattro genotipi: Leccino, Dolce Agogia, Canino wild type e Canino modificato con i geni rol (in cui il fenotipo modificato cambia il modello di sviluppo dell’architettura della pianta).
Gli studi saranno estesi a progenie da incrocio segreganti per i caratteri di interesse, ed eventuali mutanti per caratteri discreti al fine di consolidare le conoscenze delle funzioni di regolazione costitutive della specie e le potenzialità di plasticità dell’adattamento della specie olivo. I target biologici oggetto di studio saranno:

  • dominanza apicale e inibizione correlativa, grado di ramificazione del ramo, regolata dai fattori fisici naturali, dalle condizioni nutrizionali e dalla azione antropica (forma di allevamento e potatura);
  • velocità di crescita e vigoria, in chioma ridotta e compatta, e variazioni della regolazione del plastocrono;
  • regolazione sincrona dello sviluppo degli organi e ripartizione degli assimilati (in collaborazione con UNIPI-DCDSL);
  • regolazione del riposo vegetativo estivo e della vernalizzazione della pianta;
  • regolazione della sindrome di fuga dall’ombra e della competizione con le piante adiacenti in risposta al fattore ambientale luce;
  • regolazione della competizione tra piante contigue, per le risorse del suolo, ed il ruolo dei fattori ambientali;
  • interazione tra nesto e portinnesto, in relazione allo riduzione della dimensione della chioma e della variazione dello sviluppo e cambiamento di fase.

Le attività che saranno svolte in questo Modulo e nei Moduli 4, 5, 6, 7, 8, offriranno la possibilità di perseguire strategie biotecnologiche basate sull’arricchimento e/o diversa regolazione dei singoli alleli o di miRNA, la mutazione di geni MIR o geni target dei miRNA e/o il disegno di miRNA artificiali per regolare l’espressione dei geni implicati nel controllo dei target biologici oggetto di studio.

I dati generati, insieme con i dati fisiologici, morfologici e fenotipi legati con lo sviluppo e la crescita della pianta, saranno opportunamente assemblati ed organizzati in una banca dati nell’ambito del Modulo 4 (Piattaforma bioinformatica).